4.10. Определение нагрузок на привод

Нагрузки на главный привод специальных и универсальных станков опре­деляют по-разному. Специальные станки, в том числе агрегатные и встроенные в автоматические линии, предназначены для обработки одной конкретной де­тали или нескольких деталей. Цикл работы главного привода жесткий. Нагрузки на него в разные моменты цикла могут быть определены достаточно точно. Колебания нагрузки, вызванные колебаниями припуска на деталях, физико-механических свойств их материала, изменением износа режущих инструмен­тов, можно учесть, зная распределения этих параметров. Тангенциальную сос­тавляющую силы резания и скорость резания при обработке i -м инструментом определяют для максимальных значений названных параметров Эффективная мощность резания (кВт) для каждого инструмента

где в Н, в м/мин.

Эффективная мощность резания в /-м интервале цикла при одновремен­ной работе к инструментов

Универсальные неавтоматизированные станки предназначены для изготовления деталей широкой номенклатуры, обрабатываемых небольшими партия­ми в условиях мелкосерийного и серийного производств. Нагрузки на главный привод таких станков изменяются в широком интервале. Расчет деталей привода универсального станка можно выполнять двумя способами. Один из них — вероятностный. В его основе распределения нагрузок на элементы приво­да и распределения характеристик прочности их материала, износостойкости поверхностей и т.д. Однако вероятностные расчеты станков разработаны не­достаточно. Поэтому обычно применяется второй способ расчета, основанный на использовании постоянной, так называемой расчетной нагрузки. При опре­делении расчетной мощности универсальных станков необходимо учитывать противоположные тенденции. С увеличением мощности привода уменьшается потеря производительности станка, обусловленная невозможностью осущест­влять резание с оптимальными жесткими режимами. При этом эффективность станка увеличивается, приведенные затраты на съем единицы объема припуска снижаются. Однако увеличение мощности главного привода приводит к его усложнению, возрастанию массы, повышению стоимости станка. Расчетная мощность привода может быть найдена путем минимизации приведенных за­трат на обработку с учетом названных противоположных тенденций. Кроме того, необходимо учесть перспективы повышения режимов резания, связан­ные с созданием новых инструментальных материалов.

4.11. Определение потерь мощности в приводе

Виды потерь мощности. Потери мощности в главном приводе станка сла­гаются из потерь в его механической части и потерь в электрической. Потери мощности в механической части можно разделить на постоянные и нагрузочные. Постоянные потери не зависят от полезной нагрузки и обусловли­ваются трением в подшипниках, передачах, перемешиванием масла при холос­том вращении привода. Они связаны с частотой ращения валов и характеризуются мощностью холостого хода . Нагрузочные потери это переменные потери, обусловленные полезной нагрузкой и ей пропорциональные. Таким образом, суммарные потери в механической части привода

Определение мощности холостого хода. Мощность холостого хода на к-й ступени частоты вращения определяется по зависимости

где коэффициент, учитывающий потери мощности в элементах управления: (меньшие значения — при малом числе передвижных блоков, муфт); постоянные потери мощности на валах I, II,,,.,

; постоянные потери мощности на шпинделе.

Постоянные потери мощности на валу и на шпинделе при каждой частоте вращения находят суммированием потерь в ременных и зубчатых передачах, в подшипниках и других элементах.

Постоянные потери мощности (кВт) в ременной передаче

где коэффициент, учитывающий тип ремня; число ремней (для поликлиновых ремней); скорость ремня, м/с;и -диаметры ведущего и ведомого шкивов, см. Для клиновых ремней

Коэффициенты и для клиновых ремней связаны с сечением ремня:

Коэффициенты и для поликлиновых ремней:

Для зубчатых ремней

где b — ширина ремня, мм; и — коэффициенты, зависящие от модуля ремня т:

Потери мощности в ременной передаче относят к ведомому валу. Постоянные потери мощности в зубчатом зацеплении, отнесенные к ве­дущему валу,

где С₃ ~ коэффициент: для каждого колеса, не передающего крутящий мо­мент, для передающего — ширина венца зубчатого колеса, мм; v — окружная скорость в зацеплении, м/с; fi — динамическая вязкость смазочного материала, Па-с.

Такую же потерю мощности от трения в зубчатом зацеплении относят и к ведомому валу,

Постоянные потери мощности в одном подшипнике качения

где f — коэффициент трения, зависящий от типа подшипника и способа смазы­вания; d_m — средний диаметр подшипника, мм; v — кинематическая вязкость смазочного материала, м²/с;n - частота вращения подшипника, об/мин.

Определение нагрузочных потерь мощности. Нагрузочные потери привода определяют путем суммирования потерь мощности на каждом валу, которые слагаются из потерь в ременных и зубчатых передачах, в подшипниках и дру­гих элементах.

Нагрузочные потери мощности в клиновой или поликлиновой ременной передаче

где φ — коэффициент тяги, учитывающий предварительное натяжение ремней: для поликлиновых передач с ремнями сечений К, Л и М_φ равно соответствен­но 2,0; 0,8 и 0,5; F — передаваемая окружная сила, Н. Нагрузочные потери мощности в подшипнике качения

где f₁ - коэффициент, учитывающий конструкцию подшипника и отношение нагрузки на него к статической грузоподъемности; F_n — приведенная нагруз­ка на подшипник, Н.

Определение КПД привода. Коэффициент полезного действия механической части привода можно определить по зависимости

или по выражению

(4-3)

где мощность на входном валу привода, кВт; средние значения КПД ременной передачи, зубчатой передачи, подшипника; число ременных передач, зубчатых передач и подшипников качения в механической части привода. Произведение

(4.4)

характеризует собой нагрузочные потери. Входящие в него средние значения КПД элементов привода считаются независимыми от нагрузки и скорости и принимаются равными:

Значение , вычисленное по выражению (4.4), можно считать удовлетво­рительной оценкой коэффициента полезного действия односкоростных приво­дов при полном использовании номинальной мощности электродвигателя. Од­нако это значение КПД получается сильно завышенным для верхних ступеней частоты вращения при использовании приводов с большим диапазоном регули­рования.

Зависимость (4.3) дает удовлетворительные оценки коэффициента полез­ного действия любого главного привода со ступенчатым регулированием. При этом мощность .Pj на входном валу привода задают как долю номи­нальной мощности электродвигателя Р, т.е.